沥青和沥青混合料

3．温度敏感性
沥青胶结料的物理力学特性随温度变化而变化， 在不同的温度条件下表现为完全不同的性状，这 是沥青材料最具特色的而又最重要的性质。 沥青的感温性主要表现为稠度的变化，在沥青路 面的设计、施工和使用中对工程质量起着重要作 用。 石油沥青的温度敏感性是指疬青的粘滞性和塑性 随温度升降而变化的性能。变化程度小，则沥青 温度敏感性小，反之则温度敏感性大。
(2)凝胶型结构
沥青中沥青质含量高，并有相当数量芳香度较高 的胶质形成胶团，这样，胶体中胶团浓度很大， 它们之间的吸引力增强，胶团之间的距离很近， 形成空间网络结构。此时，液态的芳香分与饱和 分在胶团的网络中成为分散相，连续的胶团成为 分散介质。这种胶体结构的沥青，称为凝胶型沥 青。 凝胶型沥青的特点是弹性和粘性较高，温度敏感 型较小，流动性和塑性较差，开裂后自行愈合能 力较差。在工程性能上，高温稳定性较好，但低 温变形能力较差。通常，深度氧化的沥青多属于 凝胶型沥青。
沥青的主要性能及其测试
物理特征常数 粘滞性 温度敏感性 延性和脆性 粘附性 耐久性 施工安全性
1.物理特征常数
1）沥青密度、想相对密度 沥青的密度在一定程度上可反映其化学组成，它 反映沥青各组分的比例及其排列的紧密程度。沥 青中含蜡量较高，则相对密度较小；沥青中含硫 量大、沥青质含量高则相对密度较大。沥青密度 是在沥青质量与体积之间相互换算以及沥青混合 料配合比设计中必不可少的重要参数，也是沥青 使用、贮存、运输、销售过程中不可或缺的参数。
(2)针入度
我国石油沥青采用的是针入度分级的标准体系， 针入度是划分沥青标号最重要的依据。针人度是 采用针入度仪测定的。 针入度试验是在规定温度条件下，以规定质量 的标准针100 g，经历规定时间5 s贯入试样中的 深度，以0.1 mm为单位表示。针人度试验常采用 的温度条件为5℃、15 ℃ 、20℃、25℃、30℃、 35 t等，如未加说明，试验温度指的是25℃。显 然，针入度越大，表示沥青越软，稠度越小。实 质上，针入度是测定沥青稠度的指标，通常稠度 越大的沥青，粘度越大。
四组分分析法
沥青质、饱和分、芳香分和胶质
沥青的性质与各组分的含量比例有密切关系。沥 青质含量高，则沥青的粘度增大，温度敏感性降 低；饱和分含量增大则使沥青粘度降低；胶质含 量增加可使沥青沥青中各组分的化学组成和相对含量的 不同，可以形成溶胶型、凝胶型、溶胶-凝胶型 三种不同的胶体结构。
粘附性
集料的性质对粘附性的影响也很大。集料的矿物 组成、表面纹理、孔隙率、含尘量、表面积、吸 收性能、含水量、形状和风化程度等都对粘附性 产生不同程度的影响。 在沥青混合料中，沥青以薄膜形式裹覆于集料 的表面，在干燥的条件下，一般具有足够的粘附 强度。但水分是粘附性产生问题的原因之一，另 外由于交通荷载的反复作用使路面变形，沥青混 合料空隙加大，集料松散，浸水使沥青膜与集料 发生剥离，导致沥青路面的破坏。
脆点仪
5．粘附性
粘附性是沥青材料的主要功能之一，沥青在沥青混合料中 以薄膜的形式裹覆在集料颗粒表面，并将松散的矿质集料 粘结为一个整体。粘附性不仅取决于沥青的性质，也取决 于集料的性质。 (1)粘附机理 沥青与石料之间的粘附强度与其本身的成分有密切的关 系。沥青中有极性组分和芳香分结构，特别是沥青中的表 面活性物质，如沥青酸和酸酐等碱性集料接触时，就会产 生很强的化学吸咐作用，粘附力很大，粘附牢固。而当沥 青与酸性集料接触时较难产生化学吸附，分子间的作用力 只是由于范德华力的物理吸附，这要比化学吸附力小得多。 因此沥青中表面活性物质的存在及含量与粘附性有重要关 系。
粘滞性测定
绝对粘度法：毛细管粘度计 相对粘度法：针入度、软化点
)毛细管粘度计 毛细管粘度计的基本结构是毛细管，借 助液体的自重或外部压力(密度较大的其他 液体或真空减压等)使被测液体流过毛细管， 测定毛细管内液体单位时间的流量或流速， 可以得到试样的流动变形特性。 沥青的运动粘度和动力粘度都可用毛细管 粘度计进行量测。
1）三组分分析法
选择性溶解和对吸附剂的选择性吸附。 油份、树脂、地沥青质。
各组分作用
油分赋予沥青以流动性，油分含量的多少直接影响沥青 的柔软性、抗裂性及施工难度。油分在一定条件下可以 转化为树脂甚至沥青质。其含量为45％-60％。 树脂主要使沥青具有塑性和粘性。它分为中性树脂和 酸性树脂。中性树脂使沥青具有一定塑性、可流动性和 粘结性，其含量增加，沥青的粘聚力和延伸性增加。沥 青树脂中还含有少量的酸性树脂，它是沥青中活性最大 的部分，能改善沥青对矿质材料的浸润性，特别是提高 了与碳酸盐类岩石的粘附性，增加了沥青的可乳化性。 其含量为15％-30％。 沥青质决定着沥青的粘结力、粘度和温度稳定性，以 及沥青的硬度、软化点等。沥青质含量增加时，沥青 的粘度和粘结力增加，硬度和温度稳定性提高。其含量 为5％-30％。
2）热胀系数
热胀系数（线胀系数和体胀系数） 热胀系数与沥青路面的路用性能具有密切 的关系，热胀系数越大，沥青路面在夏季 越易泛油，冬季因收缩而易产生开裂。

(3)介电常数 沥青的介电常数与沥青使用的耐久性有关。英 国道路研究所研究认为，沥青的介电常数与沥青 路面的抗滑性能有很好的相关性。 (4)溶解度 溶解度是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或 苯中溶解的百分率。不溶解的物质会降低石油沥 青的性能(如粘性等)，因而溶解度可以表示石油 沥青中有效物质含量。
4．延性与脆性
(1)延性 沥青的延性是当其受到外力作用时，所能承受的 塑性变形的总能力，通常用延度作为条件延性指 标来表征。 沥青延度是把沥青试样制成8字形标准试模(中 间最小截面积为1cm3)，在规定的拉伸速度(5 cm/min)和规定温度下拉断时的伸长长度，以cm 为单位。经常采用的试验温度为5℃、10 ℃ 、 15℃、25℃等。石油沥青延度值愈大，表示其塑 性越好。
沥青和沥青混合料
主讲：马立国
沥青的分类
沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生 物组成的、黑色或深褐色、不溶于水而几 乎全溶于二硫化碳的非晶态有机材料。 道路工程、防潮、防水、防腐蚀。
沥青的基本组成结构
(1)石油沥青的基本组成 石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等 工艺加工得到的残留物，主要为可溶于二 硫化碳的碳氢化合物的半固体粘稠状物质。 沥青由高分子碳氢化合物及非金属衍生物 组成的混合物，是石油产品中相对分子量 最大、组成及结构最复杂的部分。
（a）溶胶结构 （b）溶-凝胶结构（c）凝胶结构
(1)溶胶型结构
沥青中沥青质的分子量较低，并且含量较少，具 有一定数量的胶质，它们形成的胶团能够完全胶 溶且分散在芳香分和饱和分的介质中。此时，胶 团相距较远，它们之间的吸引力很小，甚至没有 吸引力，胶团可在分散介质粘度许可范围内自由 运动，这种胶体结构的沥青，称为溶胶型沥青。 溶胶型沥青的特点是流动性和塑性较好，开裂后 自行愈合能力较强，低温时变形能力较强，但温 度稳定性差，温度过高会发生流淌。
（3）软化点
沥青材料是一种非晶质高分子材料，是一 种混合物，它由液态转变为固态，或由固 态转变为液态时，没有明确的固化点或液 化点，通常采用条件的硬化点和滴落点表 示，沥青材料在硬化点至滴落点之间的温 度范围内，呈一种粘滞流动状态，在工程 中为保证沥青不致因温度升高而产生流动 状态，因此采用滴落点和硬化点之间温度 间隔的87.21％作为软化点。
在相同的温度变化范围内，各种石油沥青 的粘滞性和塑性变化的幅度不相同。工程 要求沥青随温度变化而产生的粘滞性及塑 性变化幅度应较小，即温度敏感性较小， 以免沥青高温下流淌，低温下脆裂。 评价沥青温度敏感性的指标很多，常用的 指标是针入度指数、针人度粘度指数(PVN)、 粘度-温度敏感性指数(VTS)。
(4)沥青标准粘度计试验
该试验方法是：液体状态的沥青材料，在 标准粘度计中，与规定温度条件下，通过 规定的孔径(3 mm、5 mm或10 mm)的流出 孔，测定流出50 ml体积沥青所需要的时间， 以s计，常用符号CT,d表示。在相同温度和 流孔直径的条件下，流出时间越长，表示 沥青粘度越大。
2．粘滞性
沥青的粘滞性(简称粘性)是指石油沥青内部阻碍 其相对流动的一种特性，它反映石油沥青在外力 作用下抵抗变形的能力。它是划分沥青牌号的主 要技术指标。 粘滞性的大小与其组分及温度有关，石油沥青中 沥青质含量较多，同时有适量树脂，而油分含量 较少时，粘滞性较大。粘滞性受温度影响较大， 在一定温度范围内，温度升高，粘度降低，反之， 粘度增大。
(5)布洛克菲尔德法(Brookfield)
美国战略公路研究计划(SHRP)在沥青结合料路用 性能规范中采用布洛克菲尔德粘度计(简称布氏粘 度计)测定道路沥青的表观粘度。布氏粘度计主要 用于测量沥青的高温粘度。将一定数量的沥青样 品置于恒温控制的盛样筒中，选择一个适当型号 的转子，让转子在沥青试验中以一定的角速度转 动，测定相应的转动阻力所反映出来的扭矩。扭 矩计读数乘以仪器参数即可得到沥青表观粘度， 以Pa· s表示。由该方法测定的沥青在不同温度条 件下的粘度曲线，可用于确定沥青混合料的施工 温度。
(3)溶胶—凝胶型结构
沥青中沥青质含量适当，并有较多数量芳香度较 高的胶质，这样，它们形成的胶团数量较多，胶 体中胶团浓度增加，胶团之间的距离相对靠近， 它们之间具有一定的吸引力。这是一种介乎溶胶 与凝胶之间的结构，称为溶胶—凝胶型沥青。 溶胶—凝胶型沥青的特点是高温时具有较低的感 温性，低温时又具有较强的变形能力。修筑现代 高等级沥青路面用的沥青，都属于这类胶体结构 的沥青。通常，环烷基稠油的直馏沥青或半氧化 沥青，以及按要求重新调和的调和沥青等，均属 于这类胶体结构。
沥青的延度与其流变特性、胶体结构、化 学组分等存在密切的关系。研究表明，当 沥青化学组分不协调，胶体结构不均匀， 含蜡量增加时，都会使沥青的延度相对降 低。一般说来，在常温下，延性越好的沥 青在产生裂缝时，其自愈能力越强。而在 低温时延度越大，则沥青的抗裂性越好。